铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池一价金属替位的研究进展

铜锌锡硫硒(CZTSSe)电池具有组成元素丰度高且环境友好、光吸收系数高、带隙可调、高稳定性等优点,是一类非常有发展前景的新型薄膜太阳能电池.目前,CZTSSe电池最高认证效率为12.6%,与商品化铜铟镓硒(CIGS)电池相比仍然有较大差距,特别是开路电压(VOC)和填充因子(FF)偏低.开压损耗是制约CZTSSe器件效率进一步提升的关键因素之一.其中,吸收层带尾态和深能级缺陷及界面能级不匹配是开压损耗大的主因,而Cu-Zn无序引起的铜锌替位(CuZn)与锌锡替位(SnZn)缺陷又是影响带尾态的关键因素,因此,减少CuZn和SnZn缺陷有助于提升VOC.一价金属替位能有效改善带尾态、构建合适能带结构,在一定程度上解决器件开压损耗问题.但是,有关一价金属替位如何影响CZTSSe电池性能,仍然缺乏全面系统的概述.本文综述了基于一价金属替位方法CZTSSe电池的研究进展.首先介绍CZTSSe电池的发展历程、工作原理、制备工艺和关键材料等;其次,详细讨论一价金属替位的理论研究;再次,结合实验进展,重点讨论一价金属部分替位及完全替位CZTSSe材料的制备及其对带尾态、界面缺陷和能带结构研究;最后,对一价金属替位研究的关键科学问题、未来发展潜力等进行讨论和展望,并提出可能的解决思路.